Полимерные адаптивные имплантаты с эффектом памяти формы

Регенеративная медицина нуждается в создании и использовании новых типов костных имплантатов, которые имели бы архитектуру и механические характеристики, соответствующие костной ткани, обладали биологической активностью, способствовали восстановлению костных дефектов и обладали бы способностью адаптации формы под конкретный случай. По статистике переломы костей занимают второе место в структуре травматизма по обращаемости населения за медицинской помощью, что составляет 1 246 000 случаев в год среди взрослого населения (ЦИТО им. Н.Н. Приорова). При этом, потребность в восстановлении костных дефектов в челюстно-лицевой хирургии составляет 37 до 99 тысяч случаев в год.

Конструкция разрабатываемых имплантатов на основе интеллектуальных материалов (Smart materials) с эффектом памяти формы (ЭФП) и их адаптация под индивидуальный случай осуществляется методом 4D – печати. Под 4D-печатью подразумевается использование не только трех измерений (XYZ) для создания объектов, но и фактор времени (Т) – четвертого измерения т.е. 3D-печать материалом, способным реагировать на внешние стимуляторы – например, воздействие тепла, электрического и магнитного поля, света, влажности и т.д. Движущей силой для восстановления формы является изменение подвижности полимерной цепи и трансформации из более упорядоченной временной конфигурации после деформации в термодинамически выгодную конфигурацию с более высокой энтропией и меньшей внутренней энергией.

Адаптивные имплантаты с ЭПФ имеют следующие преимущества по сравнению с металлическими и керамическими имплантатами, а также ауто- и аллотранспланатами:

• Большие восстанавливаемые деформации при активации ЭПФ: более 50 %;
• Возможность постепенного рассасывания материала имплантата и замещения его костной тканью;
• Использование собственных клеток пациента для ускорения приживаемости;
• Механические свойства, близкие к свойствам трабекулярной кости (модуль Юнга более 2.5 ГПа)
• Высокая пористость и заданный размер пор, способствующие пролиферации клеток.

Разработка собственной технологии производства индивидуализированных адаптивных полимерных имплантатов с ЭПФ позволит решить целый ряд проблем, связанных с заменой локальных дефектов костной ткани, что дает возможность снизить количество ревизионных операций.